一种光栅的二维线密度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光栅的二维线密度测量方法及系统，所述系统中，缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜和电动二维平移台依次设置在激光发射器发射的激光的光路上；双平面反射镜设置在电动旋转台上；待测光栅放置在电动二维平移台上，激光经缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片和两块平面反射镜后照射到待测光栅表面；电动旋转台用于旋转带动双平面反射镜使光沿原光路返回，在返回的光路上依次设置所述两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜、聚焦镜和CCD探测器。本发明专利技术能够实现不同面型、不同线密度的光栅的二维线密度的高精度测量。

A Method and System for Measuring Two-Dimensional Linear Density of Grating

【技术实现步骤摘要】
一种光栅的二维线密度测量方法及系统
本专利技术涉及光谱
，尤其是一种光栅的二维线密度测量方法及系统。
技术介绍
光栅是一种重要的分光元件，在小型光谱仪、同步辐射和自由电子激光单色器中具有广泛的应用。特别是变线距光栅的广泛使用进一步拓展了光栅的应用范围。线密度参数是光栅的一个重要参数指标，对于变线距光栅线密度参数直接影响光栅的分光成像性能。常用的光栅线密度测量方法主要有干涉法、莫尔条纹法、长程面型仪测量法以及衍射法。其中干涉法和莫尔条纹法测量精度低，长程面型仪测量法需要使用长程面型仪，其造价昂贵，不适用于广泛使用。利用光栅的衍射原理进行测量，能得到更高的测量精度，同时适用范围也大大增加。传统的衍射法其测量原理是利用激光照射在光栅上产生衍射光，一种方法是通过电动旋转台转动光栅使零级光和一级衍射光原路返回，记录电动旋转台的角度位置，代入光栅方程sin(α)+sin(β)＝mnλ，其中α为入射角，β为衍射角，α＝β，m＝1为衍射级次，λ为激光波长，即可计算得到光栅该点的线密度为n＝2sin(α)/λ，该方法固有存在光栅转动时测量点偏离转台中心的误差，影响测试系统的精度，特别是对变线距光栅的测量精度影响更大，同时该方法无法测量高线密度的光栅，限制了使用范围。另一种方法是采用两个不同波长的激光器，通过电动旋转台转动一块平面镜分别使零级光和两波长的一级衍射光原路返回，分别测量两个波长的一级光和零级光的夹角δ1和δ2，通过方程组sin(α)+sin(-α-δ1)＝mnλ1，sin(α)+sin(-α-δ2)＝mnλ2解得光栅的线密度，其中λ1和λ2分别为激光波长，两个激光器存在准直误差，影响测试系统的精度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种光栅的二维线密度测量方法及系统，通过缩束准直镜和一维π位相片将光源调制成中心呈暗条纹的准直光源，并以暗条纹中心为基准，以抑制光源的抖动带来的测量误差。转动双平面反射镜分别使得入射光、0级衍射光和1级衍射光沿入射方向返回，根据测得的角度差反算出光栅的线密度，同时消除了离轴误差，提高了测量精度。本专利技术采用的技术方案如下：一种光栅的二维线密度测量系统，包括激光发射器、缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜、双平面反射镜、电动旋转台、电动二维平移台、聚焦镜和CCD探测器；缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜、双平面反射镜和电动二维平移台依次设置在激光发射器发射的激光的光路上；双平面反射镜和电动二维平移台设置在电动旋转台上；待测光栅放置在电动二维平移台上，激光发射器发射的激光经缩束准直器缩束准直后通过一维π位相片进行调制，再经过两块平面反射镜照射到待测光栅表面，产生不同次级的衍射光；电动旋转台用于旋转带动双平面反射镜，使待测光栅的入射光或不同次级的衍射光沿原来的光路返回，并依次经过两块平面反射镜后再经过1/4波片变成S偏振光，在S偏振光的光路上依次设置偏振分束镜、聚焦镜和CCD探测器。进一步，所述一维π位相片、偏振分束镜和1/4波片与激光发射器发射的激光中心波长相对应。进一步，两块所述平面反射镜的位置和角度均可调。进一步，所述双平面反射镜的两个反射平面的平行度优于2″。进一步，所述电动旋转台能够360°连续转动。进一步，所述电动旋转台设置有角度反馈装置。进一步，所述电动二维平移台的水平方向在0～200mm范围内连续运动，垂直方向0～50mm范围内连续运动。进一步，所述电动二维平移台的水平方向和垂直方向设置有位置反馈装置。一种光栅的二维线密度测量方法，采用上述的光栅的二维线密度测量系统进行测量，具体包括如下步骤：步骤1，激光发射器发射的激光经缩束准直器缩束准直后通过一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片和两块平面反射镜后，照射到待测光栅表面，并产生不同级次的衍射光；步骤2，转动电动旋转台，把双平面反射镜转至垂直于待测光栅入射光的位置，使入射光沿原来的光路返回，依次经过两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜后，经聚焦镜聚焦到CCD探测器，记录CCD探测器上光斑暗条纹的中心位置，以此为基准位置；步骤3，转动电动旋转台，把双平面反射镜转至待测光栅1级衍射光的位置，使1级衍射光沿原来的光路返回，依次经过两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜后，经聚焦镜聚焦到CCD探测器，观察CCD探测器上光斑暗条纹的中心位置，当光斑暗条纹的中心位置移动至步骤2中的基准位置时，记录此时电动旋转台转动的角度θ1；步骤4，转动电动旋转台，把双平面反射镜转至待测光栅0级衍射光的位置，使0级衍射光沿原来的光路返回，依次经过两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜后，经聚焦镜聚焦到CCD探测器，观察CCD探测器上光斑暗条纹的中心位置，当光斑暗条纹的中心位置移动至步骤2中的基准位置时，记录此时电动旋转台转动的角度θ2；步骤5，计算待测光栅上的待测点的线密度：(1)计算待测光栅的该待测点的入射角α＝θ2/2，衍射角β＝θ2/2-θ1；(2)将入射角α和衍射角β代入光栅方程sin(α)+sin(β)＝mnλ，得到待测光栅的该待测点的线密度大小为：1/λ×[sin(θ2/2)+sin(θ2/2-θ1)]，其中，λ为激光发射器发射的激光的中心波长；步骤6，控制电动二维平移台移动待测光栅，并重复执行步骤2-5，完成待测光栅上不同的待测点的线密度测量。进一步，步骤1中，调整两块平面反射镜，使待测光栅的入射光入射到其子午面内，同时使入射角为40°～60°。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的光栅二维线密度测试方法及系统适用范围广，测量精度高，稳定性好，能够实现不同面型、不同线密度的光栅的二维线密度的高精度测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的光栅的二维线密度测量系统的结构示意图。附图说明：1-激光发射器，2-缩束准直器，3-一维π位相片，4-偏振分束镜，5-1/4波片，6-两块平面反射镜，7-双平面反射镜，8-电动旋转台，9-电动二维平移台，10-待测光栅，11-聚焦镜，12-CCD探测器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本专利技术较佳实施例提供的一种光栅的二维线密度测量系统，如图1所示，包括激光发射器1、缩束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，包括激光发射器、缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜、双平面反射镜、电动旋转台、电动二维平移台、聚焦镜和CCD探测器；缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜和电动二维平移台依次设置在激光发射器发射的激光的光路上；双平面反射镜设置在电动旋转台上；待测光栅放置在电动二维平移台上，激光发射器发射的激光经缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片和两块平面反射镜后，照射到待测光栅表面，产生不同次级的衍射光；电动旋转台用于旋转带动双平面反射镜，使待测光栅的入射光或不同次级的衍射光沿原来的光路返回，在返回的光路上依次设置所述两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜、聚焦镜和CCD探测器。

【技术特征摘要】
1.一种光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，包括激光发射器、缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜、双平面反射镜、电动旋转台、电动二维平移台、聚焦镜和CCD探测器；缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片、两块平面反射镜和电动二维平移台依次设置在激光发射器发射的激光的光路上；双平面反射镜设置在电动旋转台上；待测光栅放置在电动二维平移台上，激光发射器发射的激光经缩束准直器、一维π位相片、偏振分束镜、1/4波片和两块平面反射镜后，照射到待测光栅表面，产生不同次级的衍射光；电动旋转台用于旋转带动双平面反射镜，使待测光栅的入射光或不同次级的衍射光沿原来的光路返回，在返回的光路上依次设置所述两块平面反射镜、1/4波片、偏振分束镜、聚焦镜和CCD探测器。2.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述一维π位相片、偏振分束镜和1/4波片与激光发射器发射的激光中心波长相对应。3.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，两块所述平面反射镜的位置和角度均可调。4.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述双平面反射镜的两个反射平面的平行度优于2″。5.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述电动旋转台能够360°连续转动。6.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述电动旋转台设置有角度反馈装置。7.如权利要求1所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述电动二维平移台的水平方向在0～200mm范围内连续运动，垂直方向0～50mm范围内连续运动。8.如权利要求7所述的光栅的二维线密度测量系统，其特征在于，所述电动二维平移台的水平方向和垂直方向设置有位置反馈装置。9.一种光栅的二维线密度测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的光栅的二维线密度测量系统进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜亮亮，程显超，叶雁，孟立民，安然，赵宇，李生福，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51